煤礦用非金屬管材安全性能檢驗(yàn)方法

張 磊

(國家安全生產(chǎn)徐州勞動(dòng)防護(hù)用品檢測(cè)檢驗(yàn)中心，江蘇 徐州 221006)

0 引言

目前國內(nèi)煤礦井下使用的非金屬制品種類繁多，且發(fā)展迅速[1-3]。主要有各類液壓軟管、非金屬管材、阻燃電纜、風(fēng)筒及配套用風(fēng)筒布、水袋布、阻燃輸送帶、塑料網(wǎng)假頂、各類車輛輪胎、相關(guān)設(shè)備的非金屬部件等。由于煤礦井下環(huán)境防火防爆的特殊性，以至于對(duì)井下使用的設(shè)備材料有著特殊要求，以使之適應(yīng)煤礦安全生產(chǎn)的需要。非金屬制品具有金屬材料制品不可比擬的優(yōu)越性能，但其使用的高分子材料具有可燃性、易積聚靜電荷的特性也給礦山安全生產(chǎn)帶來隱患。因此，對(duì)非金屬制品阻燃和抗靜電性能的檢測(cè)檢驗(yàn)尤為重要。

1 非金屬管材阻燃抗靜電原理

1.1 阻燃原理

為了使材料具有阻燃性能，主要是通過添加阻燃劑的方法來實(shí)現(xiàn)[4-6]。使其點(diǎn)燃時(shí)間增長、點(diǎn)燃自熄或難以點(diǎn)燃。但是阻燃劑本身就有一定的缺點(diǎn)和危害，如含鹵阻燃劑的加入使材料在燃燒時(shí)放出大量的有刺激性氣味的鹵化氫氣體。為了避免有毒氣體的釋放，阻燃劑應(yīng)選用無毒的材料。目前，絕大多數(shù)礦用非金屬制品是鹵銻系列的阻燃劑，一部分聚乙烯管材添加的是磷系阻燃劑，玻璃鋼產(chǎn)品添加氫氧化鋁等無機(jī)阻燃劑。

1.2 抗靜電方法原理

為了使非金屬材料具有抗靜電性，一方面要控制電荷的產(chǎn)生、積累，可以采取減少摩擦機(jī)會(huì)、降低摩擦壓力和速度、降低接觸頻率等負(fù)保護(hù)措施來控制產(chǎn)生源[7]；另一方面則是能夠使已產(chǎn)生的電荷迅速泄漏出去，進(jìn)而減少電荷，也是抗靜電最有效的。針對(duì)泄漏靜電的方法，目前大多數(shù)依靠接地、增加環(huán)境濕度和提高材料的導(dǎo)電率來實(shí)現(xiàn)。其中增加材料的電導(dǎo)率是抗靜電最根本、最重要的方法，它主要通過添加抗靜電劑的方法實(shí)現(xiàn)?？轨o電劑主要有導(dǎo)電性填充料(炭黑、石墨、金屬粉末等)和表面活性劑2類(陰離子型、陽離子型、非離子型等)[8-9]。

炭黑等導(dǎo)電性填充料在材料中均勻分散并相互接觸，形成“隧道效應(yīng)”，可大幅度降低表面電阻。如果導(dǎo)電性填充料相互接觸的距離較遠(yuǎn)，則電阻下降緩慢；一旦距離接近，則電阻迅速下降。由于炭黑等屬于填充料，在制品中不會(huì)遷移，所以添加炭黑等填料的制品對(duì)濕度等條件不敏感，也不會(huì)隨著時(shí)間而發(fā)生變化。但由于熱脹冷縮的原因，添加炭黑等填充料的制品對(duì)溫度敏感，因此，通常是低溫時(shí)表面電阻值更低。

2 檢驗(yàn)主要項(xiàng)目及方法

非金屬管材所使用的高分子材料具有可燃性、易積聚靜電荷的特性，也給礦山安全生產(chǎn)帶來隱患，必須進(jìn)行相應(yīng)檢驗(yàn)。

2.1 檢驗(yàn)項(xiàng)目

阻燃、抗靜電性能的檢驗(yàn)主要是根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)MT/T 181—88《煤礦井下用塑料管安全性能檢驗(yàn)規(guī)范》、MT/T 191—89《煤礦井下用橡膠管安全性能檢驗(yàn)規(guī)范》中的要求，見表1、表2。

表1 阻燃性能要求

表2 抗靜電性能要求

2.2 阻燃檢驗(yàn)方法

酒精噴燈燃燒試驗(yàn)原理：將制作標(biāo)準(zhǔn)的試件放在酒精噴燈上燃燒規(guī)定的時(shí)間，然后移開噴燈，記錄試件的火焰和火星燃燒時(shí)間。在記錄期間要注意觀察試件的變化狀態(tài)，測(cè)試時(shí)間以時(shí)間或其滴落物上的所有火焰或者火星燃燒至完全熄滅為準(zhǔn)。

酒精噴燈燃燒試驗(yàn)裝置：配備的燃料裝在容器內(nèi)，容器放置在一定的高度，燃料通過軟管進(jìn)入酒精噴燈。酒精噴燈放置在試驗(yàn)箱內(nèi)，箱子需可封閉，這樣使試驗(yàn)狀態(tài)能處于弱光的狀態(tài)，同時(shí)方便觀察試驗(yàn)狀態(tài)。測(cè)試裝置如圖1所示。

圖1 酒精噴燈燃燒試驗(yàn)裝置

試件制備：①試件應(yīng)在表面光滑無瑕疵的塑料管上截取，塑料管長度不小于600 mm，直徑50 mm以上;②在塑料管上截取寬度為25 mm的環(huán)形，圓環(huán)兩端應(yīng)與塑料管軸線垂直，圓環(huán)兩端應(yīng)平整無毛刺；③試件數(shù)量為6件。

試驗(yàn)方法：試驗(yàn)狀態(tài)下的酒精噴燈與試件的相對(duì)位置應(yīng)符合圖1中的要求。試驗(yàn)時(shí)，試件應(yīng)呈水平狀態(tài)夾持，同時(shí)要保證試件下端面與噴燈之間的距離為50 mm。酒精噴燈應(yīng)垂直放置，火焰高度為150 mm，且中心火焰溫度為960±60 ℃，油耗為2.55±0.15 mL/min。盛放燃料的容器放置位置應(yīng)在酒精噴燈噴嘴600±20 mm的范圍內(nèi)。試驗(yàn)箱應(yīng)保持封閉以保證箱內(nèi)的氣流不能夠影響試驗(yàn)結(jié)果。

酒精噴燈燃燒器的操作：試驗(yàn)前，檢查酒精噴燈是否垂直放置，關(guān)閉控制閥，檢查燃料是否有泄漏，保證試驗(yàn)安全。噴燈燃燒前需要預(yù)熱，首先將燃料注入預(yù)熱盤，然后點(diǎn)燃燃料用來加熱噴燈。當(dāng)預(yù)熱盤中的燃料消耗50%時(shí)，打開噴燈控制閥，點(diǎn)燃噴燈后讓火焰穩(wěn)定燃燒5 min?；鹧娣€(wěn)定后，火焰溫度應(yīng)能達(dá)到960±60 ℃。溫度的測(cè)定可用熱電偶直接測(cè)量，也可以用直徑約為0.7 mm的黃銅絲粗略的測(cè)定。熱電偶或黃銅絲被放置在距酒精噴燈噴嘴50 mm處。當(dāng)用黃銅絲測(cè)量火焰溫度時(shí)，如果黃銅絲在6 s內(nèi)可以熔化，則火焰溫度符合要求。

2.3 抗靜電性能檢測(cè)方法

試驗(yàn)原理：試驗(yàn)前應(yīng)對(duì)試件進(jìn)行調(diào)溫調(diào)濕處理，測(cè)量時(shí)在試件2個(gè)不同區(qū)域之間施加一個(gè)電位差(測(cè)量管材時(shí)2個(gè)電位間距1 000 mm)，然后用儀器測(cè)量試件表面的電流泄漏量，通過電流的泄漏量來表示相應(yīng)的電阻值。

試件和試件的制備及處理：管材在進(jìn)行試驗(yàn)前應(yīng)進(jìn)行處理，管材長度不小于1 200 mm，數(shù)量不少于3件。管材表面應(yīng)光滑，不應(yīng)有損傷和雜質(zhì)?？梢杂媒姓麴s水干凈絲布或消毒紗布清洗管材表面，然后用干凈的干布片干燥，處理后放置24 h以上并保持干燥。試驗(yàn)前，管材需要放置在溫度25±5 ℃，相對(duì)濕度60%的環(huán)境中至少2 h以上。

試驗(yàn)設(shè)備：接觸電極采用鋁箔或厚度小于0.02 mm的錫箔，寬度為25 mm，邊緣應(yīng)光滑，再配以導(dǎo)電膠或?qū)щ娨鹤鳛檎辰Y(jié)劑。輔助電極采用厚度為0.06～0.1 mm的銅箔，用來包裹在接觸電極表面。儀器采用使用范圍為103～1010Ω的高阻儀，試驗(yàn)誤差應(yīng)小于準(zhǔn)確值的(+5%)，直流電源電壓應(yīng)為50～500 V，試樣的功耗應(yīng)小于1 W。

試驗(yàn)步驟：將2個(gè)電極分別繞管材一周并緊密地貼在其外表面，2個(gè)電極相距1 000 mm。然后用引線將這2個(gè)電極分別連接到高阻儀。選取電壓等級(jí)100 V，選取合適的電阻值檔位。施加測(cè)試電壓1 min后，讀出測(cè)量的電阻值。測(cè)量管材內(nèi)表面時(shí)采用同樣的方法即可。因?yàn)闈穸葘?duì)測(cè)量結(jié)果影響較大，試驗(yàn)時(shí)避免因?yàn)楹粑绊懺囼?yàn)區(qū)域。

3 應(yīng)用實(shí)例

以安徽某企業(yè)生產(chǎn)的聚乙烯管材為例，進(jìn)行檢測(cè)檢驗(yàn)并加以分析。該管材型號(hào)為PE-KM1.0/110(MPE100)，公稱外徑110 mm，標(biāo)稱壓力1.0 MPa，材料等級(jí)100，通用管。根據(jù)上述的檢測(cè)方法得到檢測(cè)結(jié)果，結(jié)果表明其安全性能均符合標(biāo)準(zhǔn)要求。試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 試驗(yàn)結(jié)果

4 結(jié)語

在分析非金屬管材安全性能在煤礦安全生產(chǎn)中重要地位的基礎(chǔ)上，敘述了非金屬管材的阻燃抗靜電的原理，并說明了其檢驗(yàn)的必要性與具體檢測(cè)方法，對(duì)檢測(cè)方法進(jìn)行了重點(diǎn)分析。以安徽某企業(yè)的生產(chǎn)的PE-KM1.0/110(MPE100)聚乙烯管材為例，檢測(cè)結(jié)果有焰燃燒時(shí)間6根試樣的算術(shù)平均值1.8 s，1條試樣單值最大值5 s；無焰燃燒6根試樣的算術(shù)平均值6 s，1條試樣單值最大值7 s；外表面電阻5.43×105Ω，內(nèi)表面電阻4.84×105Ω，表明阻燃抗靜電性能均能符合標(biāo)準(zhǔn)要求。生產(chǎn)企業(yè)在出廠檢驗(yàn)時(shí)也可以采用文中的方法檢測(cè)，以保證管材的出廠質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)要求。